搜索
第6章食品分离机械与装备•非均相物系（悬浮液、乳浊液、气液混合物、气固混合物）•均相物系（混合溶液、混合气体）•非均相物系的分离采用过滤、沉降、压榨的方法•均相物系的分离采用精馏、吸收、萃取的方法•可分离悬浮液；也可用于气－固体系的分离。•与沉降相比，过滤分离更迅速；•与蒸发干燥等非机械分离相比，则能耗低得多。6.1过滤机械过滤机的应用在食品上的应用有如下几个方面：•a．一般固—液系统的分离：如蔗糖生产中的糖汁和糖渣的分离采用真空转鼓过滤机或板框压滤机。板框压滤机则可用于啤酒厂过滤麦芽和发酵后回收酵母等。•b．作为澄清设备使用：陶质管滤机和流线式过滤机已广泛应用于澄清液体食品，如啤酒、葡萄酒、醋、果汁、酵母浸出液及油、盐水、糖浆，以除去其中极细微粒或者成胶状或泥状的固体。•c．除去微生物：管滤机常用于葡萄酒、啤洒、果汁和酵母浸出液的过滤以降低微生物的数目，故可用于代替或补充以降低微生物数目为目的的热处理操作。6.1.1过滤分离原理•过滤是以某种多孔性介质，在外力作用下使连续相流体通过介质的孔道时截留分散相颗粒，从而实现分离的操作。过滤操作过程•一般包括过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段。a、过滤：悬浮液在推动力作用下，克服过滤介质的阻力进行固－液分离；固体颗粒截留，逐渐形成滤饼。当过滤速度降低到—定程度后，转入下道工序。b．洗涤：停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液，必须洗涤，以得到纯净的固粒产品或得到尽量多的滤液。c.干燥：用压缩空气排挤或真空抽吸把滤饼毛细管中存留的洗涤液排走，得到含湿量较低的滤饼。d．卸料：把滤饼从过滤介质上卸下，并将过滤介质洗净，以备重新进行过滤。滤浆(slurry)：原悬浮液。滤饼(filtercake)：截留的固体物质。过滤介质(filteringmedium)：多孔物质。滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。过滤操作示意图(滤饼过滤)过滤介质与助滤剂1）过滤介质•作用：用于促使滤饼的形成，并为滤饼的支撑物。•要求：①具有多孔性，孔道大小应该能截留悬浮粒子。②具有足够的机械强度。③具有适当的表面特性，能加快卸除滤饼速度。食品加工中所用的过滤介质除满足上述要求外，还应具有无毒、耐腐蚀和不易滋生微生物、易于清洗消毒等特点。•常用的过滤介质种类繁多，按其形状大致分为：•(a)粒状介质：如焦炭、石砾、细砂、锯屑、活性碳、玻璃碴、酸性白土等。此类介质用于过滤固相含量极少的悬浮液，例如水的过滤和糖的脱色等。•(b)织物状介质：是工业上广泛应用的一类，它包括耐腐蚀的不锈钢丝、铜丝或镍丝等织成的各种形式的金属滤布。也可用天然或人造纤维如：棉、毛、合成纤维等编织成各种形式的非金属滤布。•(c)多孔固体介质：如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、不锈钢粉末。多做成板状或管状，耐腐蚀性好，孔隙小，强度高，常用于过滤含少量微粒的悬浮液，例如白酒、糖液。②过滤推动力包括悬浮液自身产生的压强差；悬浮液一侧加压产生的压强差；过滤介质一侧抽真空产生的压强差③过滤阻力包括介质阻力和滤饼阻力。大多数情况下，过滤阻力主要产生于滤饼阻力。④过滤速率单位时间内获得的滤液体积。过滤速率=dv/dθ⑤恒压过滤与恒速过滤过滤速率大小取决于推动力与阻力的比值。过滤阻力随过滤进行而增大，有两种过滤方式：恒压过滤：保持推动力ΔP不变时，过滤速率dv/dθ下降恒速过滤：保持过滤速率dv/dθ不变时，则需要不断增大推2）助滤剂•在过滤前预覆在滤布上或添加在滤浆中以提高过滤速度的物质。•当过滤的固体颗粒极细或具有很大的压缩性时，过滤介质会很快被堵塞，所形成的滤饼的孔隙度变小，过滤层的渗透性大大降低，以至于过滤操作不能持续。为防止胶状微粒对滤孔的堵塞，常用助滤剂涂在滤布上或按一定比例均匀混合于悬浮液之中，一起进入过滤机过滤，以形成渗透性好、耐压缩的滤饼，保证滤液通畅流通。•种类：食品工业常用的助滤剂有硅藻土、活性碳、石棉、锯屑等。•要求：助滤剂的表面应有吸附胶体的能力；颗粒细小、坚硬、不可压缩；能防止滤孔堵塞。过滤操作中的推动力和阻力1）推动力•推动力：指滤饼和过滤介质组成的过滤层两侧压力差，常以作用在悬浮液上的压力表示。•通常工业上过滤中推动力的来源有四种：1）悬浮液本身的液柱压力差，一般不超过50kPa，称为重力过滤；2）在悬俘液表面加压，一般可达0.5MPa，称为加压过滤；3）在过滤介质下方抽真空，通常不超过86kPa真空度，称为真空过滤；4）利用惯性离心作用，称为离心过滤。2）过滤阻力过滤阻力是随着过滤操作过程而变化的。•在过滤刚开始时，只有过滤介质的阻力。•随着过滤的进行，还有滤饼的阻力。•这种阻力将随着滤饼的厚度的逐渐增加而增加，直至成为过滤中的主要阻力。只有当采用粒状过滤介质，且悬浮液中含固体颗粒少时，滤饼的阻力才可忽略不计。6.1.2过滤机分类•按过滤推动力可分为：重力(常压)过滤机加压过滤机真空过滤机•按过滤介质的性质分：粒状介质过滤机滤布介质过滤机多孔陶瓷介质过滤机半透膜介质过滤机•按操作方法可分为：间歇式过滤机连续式过滤机板框压滤设备在洗涤板的左上角的小孔有一与之相通的暗孔，专供洗涤水输入之用。此孔是洗涤板与过滤板的区分之处。当滤框内充满滤饼时，其过滤速率大大降低或压力超过允许范围，此时应停止进料，进行滤饼洗涤。滤板和洗涤板在组装时必须按顺序交替排列，即滤板滤框洗涤板滤框滤板。过滤操作时，洗涤板仍起过滤板的作用，但在洗涤时，其下端出口被关闭，洗涤水穿过滤布和滤框的全部向滤板流动，并从滤板下部排出。洗涤完后，除去滤饼，进行清理，重新组装，进入下一循环操作。板和框的角端均开有小孔，此时就构成供滤浆或洗涤水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间。滤板的作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道。为此，滤板板面制成各种凸凹纹路。滤板又分成洗涤板和非洗涤板。为了辨别，常在板和框的外侧铸有标志。每台板框压滤机有一定的总框数，最多达60个。当所需框数不多时，可取一盲板插入，以切断滤浆流通的孔道，盲板后面的板和框即失去作用。滤浆由滤框上方通道进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤板下方的通孔排出。出口处装有旋塞，可观察滤液流出的澄清情况。如果其中一块滤板上的滤布破裂，则出的滤液必然混浊，可关闭旋塞，待操作结束时更换。滤浆洗水滤板滤框洗板滤布板框过滤机板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。过滤过程1)、装合：将板与框按1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。2)、过滤：用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。3)、洗涤：将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。4)、卸渣、整理打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。为什么？结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。板框压滤机的特点：结构：转筒，扇形格(18格)；滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；金属网；滤布；滤浆槽。转筒真空过滤机结构示意图动盘定盘转筒金属网滤布滤饼搅拌器洗涤喷头料浆槽刮刀转筒真空过滤机转鼓真空过滤机适宜于过滤悬浮液中中等颗粒、黏度不太大的物料。操作过程中，可用调节转鼓转速来控制滤饼厚度和洗涤效果，而且滤布损耗要少。但过滤推动力小、设备费用高是其主要缺点。转鼓真空过滤机的主要构件为一低速旋转的转鼓，表面用多孔板或特殊的排水构件构成，滤布覆盖其上。转鼓内腔被隔成若干个扇形格室，每个格室有吸管与空心轴内的孔道相通，而孔道沿轴向通往轴端的旋转控制阀。转鼓内腔借控制阀分别与真空管路、洗液贮槽及压缩空气管路相通。当工作时，转鼓表面即形成过滤区、第一脱水区、洗涤区、第二脱水区、卸料区和滤布再生区等工作区，使过滤操作循序进行。110987654321817161514131112动盘转筒及分配头的结构工过程定盘18格分成6个工作区1区(1~7格)：过滤区；2区(8~10格)：滤液吸干区；3区(12~13格)：洗涤区；4区(14格)：洗后吸干区；5区(16格)：吹松卸渣区；6区(17格)：滤布再生区。过滤区(1~2区)，f槽;洗涤区(3~4区)，g槽;干燥卸渣区(5~6区)，h槽;f槽h槽g槽自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:特点：工作过程过滤区;洗涤区;干燥卸渣区。6.2离心机械•离心分离：利用离心力来达到悬浮液及乳浊液中固－液、液－液分离的方法通称离心分离。实现离心分离操作的机械称为离心机。•离心机用于淀粉、牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品加工中，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化和固体分级等工艺过程。离心机的主要部件是安装在竖直或水平轴上的快速旋转的转鼓。鼓壁上有的有孔，有的无孔。料浆送入转鼓内随鼓旋转，在惯性离心力的作用下实现分离。在有孔的鼓内壁面覆以滤布，则流体甩出而颗粒被截留在鼓内，称为离心过滤。对于鼓壁上无孔且分离的料浆是悬浮液，分离出的密度较大的颗粒沉于鼓壁，而密度较小的流体集中于中央并不断引出，称为离心沉降。对于鼓壁上无孔且分离的料浆是浊浮液，分离出的两种液体按轻重分层，重者在外，轻者在内，各自从适当位置引出，称为离心分离。分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标，其定义是物料所受的离心力与重力之比值，也等于离心加速度与重力加速度之比值。为了从离心机转鼓内分别引出轻、重液体，转鼓内上方设有挡板，挡板上方设置轻、重液引出通道及溢流堰。•悬浮液是由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统。固体颗粒是由许多单个颗粒及聚集在一起的颗粒团组成的混合体。•乳浊液是由液体和悬浮于其中的一种或数种其他液体所组成的系统，其中至少有一种液体是以液珠的形式，均匀地分散于一个不和它互溶的液体之中。乳浊液的稳定性低，当悬浮液珠达一定的大小时（临界的大小等于０.４～０.５μｍ）,组成它的两相会较快地分层。•离心机分类•(1)按分离因数的大小可分为常速离心机、高速离心机及超高速离心机。•常速离心机：Kc＜3000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和料的脱水。•高速离心机：3000＜Kc＜50000，主要用于分离乳浊液和细粒悬浮液。•超高速离心机：Kc＞50000，主要用于分离极不易分离的超微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液。•（２）按操作原理的不同可分为：过滤离心机、沉降离心机及分离离心机•过滤离心机：转鼓壁上有孔，借离心力实现过滤分离，分离因数不大，适用于易过滤的晶体悬浮液和较大颗粒悬浮液的分离以及物料的脱水。•沉降离心机：鼓壁上无孔，借离心力实现沉降分离。•分离离心机：鼓壁上无孔，分离因数在3000以上，主要用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。•（３）按操作方式的不同可分为：间歇式离心机和连续式离心机一、螺旋分离原理与设备